potencial de membrana

POTENCIAL DE MEMBRANA

Bibliografía
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Temas de Biofísica
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Mario Parisi
Capítulo 5
Paginas 87 - 94

Objetivos
 Discutir el potencial que se debe aplicar para que

no haya flujo neto de iones en presencia de un
gradiente químico (Ecuación de Nernst).
 Explicar como la aparición de un potencial
eléctrico se debe a la asimetría de iones no
difusibles (Potencial de equilibrio de Donnan).
Describir como es necesario que se mantengan
los gradientes a fin de preservar el potencial de
membrana (Ecuación GHK).

Introducción




Todas las células vivas
mantienen una diferencia
de potencial a través de
su membrana celular
Normalmente el interior
es mas negativo que el
exterior

Potencial de membrana
Se puede medir esa
diferencia
insertando un
microelectrodo en
la célula y
conectarloa un
voltímetro

¿De donde sale esta diferencia de potencial?

Explicación de Bernstein


A mediados del siglo XX Bernstein
propuso que el mecanismo se debía a 3
factores:






La membrana es permeablemente selectiva
al ion potasio (K+)
La concentración del ion [Kin] es grande en
el interior de la célula
La concentración del ion [Kext] es pequeña
en el exterior de la célula



Ladiferencia entre el gradiente químico
y el gradiente eléctrico es denominada la
fuerza de arrastre

Cuando la fuerza de arrastre es cero,
significa que los iones de potasio estan en
equilibrio.
En equilibrio el movimiento de iones se
sigue dando, pero el número de iones que
entran son iguales al que salen.

Ecuación de Nernst
 Hemos visto empíricamente como se origina el
potencial de membrana como unasituación de
equilibrio entre la concentración química y la
concentración eléctrica
 La ecuación de Nernst da una formula que
relaciona el valor mínimo de los gradientes de
concentración con el gradiente eléctrico para
balancearlo
 La ecuación de Nernst no solo es fundamental
para entender los mecanismos que generan el
potencial de membrana sino que ayudan a explicar
la generación depotenciales de acción y
potenciales sinápticos

 X 1  

Wquim  E  NRT ln 
 X 2  

Welec  E  NzFV

Wquim es el cambio de energia
asociado con el movimiento de N
moles de la concentración X1 a la
concentración X2 (mol/l), R la
constante de los gases (8,31 J/molK)
T la temperatura absoluta, y ln es el
logaritmo natural (base e)

Welec es el cambio de energia asociado
con el movimiento de Nmoles de
partículas con valencia z en una
diferencia de potencial V (volt), y F es
el numero de Faraday (96480 C/mol)

En equilibrio las dos energías son iguales Welec =Wquim

 X 1  
  Welec  NzFV
Wquim  NRT ln 
 X 2  
Reagrupando y cancelando términos semejantes

 X 1  

zFV  RT ln 
 X 2  

Oficialmente la ecuación es:

RT  X 1  

V
ln 
zF  X 2  

Ecuaciónde Nernst

RT  X 1  

V
ln 
zF  X 2  

Como R y F son constantes, T es
generalmente la temperatura
ambiente (293K=20 ºC); y usando
el log en base 10 en lugar de ln, la
diferencia de potencial en mV en
lugar de V, considerando 1 como
adentro (in) y 2 como afuera (out)

 58  Cin  
 Forma útil de la Ecuación de Nernst
V (mV ) 
log
z
 Cout  
La ecuación de Nernst define elpotencial de equilibrio; es decir
el voltaje que equilibra el gradiente de concentración de un ion
particular.

Este es conocido también como potencial reverso

Ejemplos
Si tenemos una concentración de
100mM de K+ adentro de la célula y
10mM de K+ afuera de la célula, y z
es 1 tenemos log(10) y entonces
V(mV)=-58mV



Cin  
 58

V (mV ) 
log
z
 Cout  
Si tomamos un ion de z=2, porejemplo Ca2+ con
[Cin]=20mM y [Cout]=2mM,
V(mV)=-29mV

Potencial reverso

¿Cuantos iones se mueven?
La membrana se puede equiparar a un condensador

Las membranas biológicas tienen una capacitancia de
1F/cm2.
Consideremos una célula esférica de diámetro 50 m,
esta tendrá una superficie de (4pr2) 7,8*10-5 cm2.
Por lo que la capacitancia neta es de C=7,8*10-11 F

¿Cuantos iones se mueven?
Si...